The Effect of Patients Positioning System on the Prescription Dose in Radiation Therapy

(1)

Ⅰ. 서 론

방사선치료는 체내 존재하는 고형암을 대상으로 고에너지 방사선을 조사하여 암세포의 사멸을 유도하는 암치료법 중 의 하나로 조사된 방사선에 의해 체내에 존재하는 암세포뿐 만 아니라 조사범위에 포함되는 정상세포에도 영향을 미치 게 된다[1-2]. 정상세포의 방사선 피폭에 의해 발생되는 다 양한 부작용을 감소시키기 위해 다양한 치료기법 및 치료기 기의 개발이 이루어지고 있다[3]. 가장 대표적이며 일반화된 방법이 세기조절방사선치료로 각 방향에서 다양한 조사범위 를 조합하여 방사선 세기의 적절한 분포를 구현하게 된다[4].

세기조절방사선치료는 치료계획용 전산화단층촬영영상을 이용하여 전용 컴퓨터로 결과물을 도출하여야하며, 결과물 에 대한 검증을 위해 별도의 치료계획검증과정을 거치게 된 다[5-7]. 그리고 방사선치료 시 치료계획에서 적용된 위치 및 자세를 재현하여 계획한 방사선량이 구현되어져야 한다.

과거에는 방사선 치료 시 적용되어져야 할 위치 및 자세의 재현성 평가를 위해 체표면에 셋업용 선을 표시하는 외삽적 자세잡이를 실시였으며, 이후 보완적인 방법으로 치료용 방 사선과 저감도 필름을 이용한 영상 촬영을 실시하여 평가하 였다[8-9]. 하지만 저감도 필름을 이용한 평가방법은 치료 종료 후 평가가 가능하며, 일부 표식만을 비교하는 단편적인

Journal of Radiological Science and Technology, 40(4), 613-620 ISSN 2384-1168(On-line) ISSN 2288-3509(Print) http://dx.doi.org/10.17946/JRST.2017.40.4.11

<원저>

방사선치료 시 자세확인시스템이 처방선량에 미치는 영향

- The Effect of Patients Positioning System on the Prescription Dose in Radiation Therapy -

1)건양대학교병원 방사선종양학과･²⁾건양대학교 방사선학과 김정호

¹⁾

･배석환

²⁾

― 국문초록 ―

방사선치료 시 치료계획 선량의 정확한 전달이 중요하다. 뿐만 아니라 정확한 자세 잡이도 필요하다. 하지만 정 확한 자세 잡이를 위해서는 자세촬영을 실시하여야 하며 이에 따른 추가적인 방사선 피폭이 발생하게 된다. 이에 자세촬영 주기에 따른 선량분포의 변화를 분석하고자 한다. 팬텀 내 45개 지점에 대해 OSLD를 이용하여 6MV와 10MV 광자선, 그리고 온보드이미지촬영과 콘빔전산화단층촬영에 대한 선량을 측정하였다. 그리고 각 지점에 대한 자세확인촬영이 치료선량에 합산될 경우의 차이값을 비교하였다. 또한 차이값이 미국의학물리협회에서 권고하는 5%를 만족하는 촬영 주기를 제시하고자 하였다. 그 결과 6MV에서는 최소 45.27 cGy에서 최대 98.6 cGy, 10MV 에서는 최소 53.34 cGy에서 최대 99.66 cGy, 온보드이미지촬영의 경우 최소 0.19 cGy에서 최대 2.64 cGy, 콘빔 전산화단층촬영의 경우 최소 0.54 cGy에서 최대 17.18 cGy가 측정되었다. 치료선량에 대한 자세확인촬영 방사선 량의 비율은 2차원 영상의 경우 치료 1회당 최대 3.49%, 3차원 영상의 경우 치료 1회당 최대 22.65%의 오차가 발 생된다. 따라서 2차원 영상은 1일 1회, 3차원 영상은 1주 1회까지 허용된다. 향후 추가연구 시 실제 임상적용 시 에는 환자자세촬영 종류의 병행에 대한 분리계산이 필요하리라 사료된다.

중심 단어 : 콘빔씨티, 온 보드 이미지, 방사선치료, 선량분포, 자세확인 시스템

Corresponding author: Seok-Hwan Bae, Department of Radiological Science, Konyang University, 158, Gwanjeodong-ro, Seo-gu, Daejeon,

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방사선치료는 반드시 병행되어져야 한다[14-15]. 정확한 위 치 및 자세확인을 위해 실시하는 영상촬영은 치료피폭량 이 외에 추가적으로 피폭량이 발생하게 된다. 추가 피폭량은 선 량분포의 변화를 발생시키게 되며, 종양의 치료효과 및 부작 용 발생이 변화하게 된다[16-18]. 기존 선행연구에서는 자세 확인 촬영 방법에 따른 흡수선량 및 유효선량에 대한 평가만 실시하였다. 이에 본 연구에서는 자세확인 촬영방법에 따른 치료용 선량분포의 변화에 대해 평가하여 자세확인 촬영방 법의 적정성을 판단하고자 하였다. 치료선량 및 자세확인 촬 영에 의한 선량을 평가하기 위해 다양한 측정소자를 고려하 였으나 방향의존성 및 선량 의존성이 높지만 에너지 의존성 이 2% 이내로 가장 낮은 광자극발광선량계를 선택하였다 [19-20]. 또한 메가볼트 단층영상촬영(MVCT)의 경우 콘빔 전산화단층촬영(CBCT)보다 최대 1.5배의 선량증가현상을 가지고 있지만 slice thickness에 따른 의존성 및 횟수 제한 을 고려하고 있는 반면 콘빔전산화단층촬영 및 온보드이미 지촬영 영상의 경우 촬영횟수를 메가볼트 단층영상촬영보다 심각하게 고려하지 않고 있다[21-22]. 따라서 본 연구를 통 해 선량분포의 영향에 따른 횟수의 허용기준을 고려하고자 하였다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 대 상

선형가속기는 Clinac-iX(VARIAN, USA)를 이용하였으며, 자세확인촬영은 단순촬영기법과 콘빔전산화단층촬영기법을 대상으로 하였다. 아크릴 팬텀(IBA, USA)을 이용하여 광자극 발광선량계(Landauer, USA)를 이용한 방사선측정을 실시하 였다. 방사선의 종류는 선형가속기에서 방출되는 치료용 방사 선의 경우에는 고에너지 광자선인 6 MV, 10 MV를 이용하였으 며, 자세확인 촬영의 경우에는 단순촬영기법과 콘빔전산화단 층촬영기법을 적용하였다. 아크릴 팬텀은 300×300×20 ㎤

자세확인촬영영상에 의한 치료선량 분포의 변화를 평가 하기 위해 치료용 선량과 자세확인촬영의 종류별 선량값을 비율적으로 비교하고자 한다. 선량값 측정을 위한 광자극발 광소자는 Fig. 1과 같이 가로 30 ㎝, 세로 30 ㎝, 높이 19.5

㎝의 팬텀에 대해 5 ㎜ 깊이, 1 ㎝ 깊이, 2 ㎝ 깊이, 3 ㎝ 깊 이, 5 ㎝ 깊이, 7 ㎝ 깊이, 9 ㎝ 깊이, 12 ㎝ 깊이, 17 ㎝ 깊이 에서 5개씩 위치한다.

치료선량의 측정은 Fig. 2의 First와 같이 갠트리 각도, 콜리메이터 각도 그리고 카우치 각도를 모두 0°로 고정하여 선속의 중심과 팬텀의 중심축을 일치시킨 후 선원 표면간 거리는 100 ㎝으로 고정한다.

그리고 조사범위는 20 × 20 ㎠하여 100 MU(Monitor Unit)를 조사한다. 방사선치료는 일반적으로 고에너지와 저 에너지를 구분하여 사용하므로 에너지는 6 MV 광자선과 10 MV 광자선으로 구분하여 조사한다. 조사 후 각 소자는 리 더기에서 520 ㎚의 자극광을 조사 후 420㎚의 방출광을 평 가하여 표현된 선량값을 기록한다. 자세확인촬영의 선량값 평가를 위해서는 치료선량 측정과 동일한 조건에서 자세확 인촬영용 방사선을 조사하여 리더기에서 표현된 값을 적용 한다. 자세확인촬영의 종류는 온보드이미지촬영과 콘빔전 산화단층촬영으로 구분한다. 온보드이미지촬영의 경우 측 면(Lateral beam)의 경우 270° 방향에서 105 kVp, 160 mAs의 조건을 적용하며, 전면(Anterior beam)의 경우 0°

방향에서 75 kVp, 20 mAs의 조건을 적용한다. 온보드이미 지촬영은 Fig. 2의 Second evaluation과 같이 측면과 전면 2개의 영상을 조합하여 평가하므로 각 1회씩 조사하여 합산 된 값을 이용한다. 콘빔전산화단층촬영의 경우 Fig. 2의 Third와 같이 182°에서 178°까지 80 kVp, 20 mAs의 조건 으로 회전하면서 조사를 실시하여 선량값을 측정한다. 이때 조사조건은 Table 1과 같다.

(3)

Ⅲ. 결 과

고에너지와 저에너지용 치료선량과 자세확인촬영의 방법 별 측정선량 값은 Table 2와 같이 고에너지의 경우 5 ㎜ 깊

이에서 평균 66.86 cGy ± 0.052915로 저에너지 5 ㎜ 깊이 에서 평균 84.558 cGy ± 0.058907에 비해 적은 선량값을 나타내었으며, 30 ㎜ 깊이부터는 고에너지의 경우 평균 98.918 cGy ± 0.060166로 저에너지에서 평균 94.474 cGy Fig. 1 Acrylic Phantom Constructure and NanoDot position naming

Fig. 2 Procedure of evaluation

Classification Energy Dose

Therapeutic Beam Low 6 MV 100 MU

High 10 MV 100 MU

OBI Beam Lateral 105 kVp 160 mAs

Anterior 75 kVp 20 mAs

CBCT Beam 80 kVp 20 mAs

Table 1 Condition of Irradiation

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10 ㎜ RAP 97.92 88.34 2.64 17.18

LPP 97.89 88.36 2.62 17.16

RPP 97.94 88.34 2.63 17.16

20 ㎜

CP 98.60 99.66 2.47 15.87

LAP 98.56 99.54 2.46 15.85

RAP 98.59 99.59 2.44 15.87

LPP 98.54 99.54 2.47 15.86

RPP 98.57 99.57 2.46 15.86

30 ㎜

CP 94.55 98.96 2.14 13.22

LAP 94.48 98.94 2.13 13.20

RAP 94.41 98.98 2.13 13.21

LPP 94.46 98.87 2.11 13.22

RPP 94.47 98.84 2.14 13.22

50 ㎜

CP 86.12 91.60 1.56 8.98

LAP 86.07 91.52 1.58 8.97

RAP 86.04 91.56 1.55 8.98

LPP 86.07 91.49 1.56 8.96

RPP 86.09 91.47 1.56 8.97

70 ㎜

CP 77.91 83.97 1.12 6.20

LAP 77.88 83.89 1.11 6.20

RAP 77.82 83.91 1.10 6.19

LPP 77.90 83.92 1.13 6.20

RPP 77.84 83.88 1.12 6.20

90 ㎜

CP 70.37 77.02 0.79 4.82

LAP 70.36 76.96 0.77 4.82

RAP 70.34 76.94 0.79 4.81

LPP 70.35 76.99 0.79 4.81

RPP 70.33 76.94 0.78 4.81

120 ㎜

CP 59.74 67.24 0.48 2.31

LAP 59.61 67.19 0.47 2.30

RAP 59.64 67.17 0.47 2.30

LPP 59.62 67.20 0.47 2.28

RPP 59.66 67.21 0.49 2.30

170 ㎜

CP 45.33 53.42 0.20 0.55

LAP 45.29 53.39 0.20 0.54

RAP 45.28 53.34 0.19 0.55

LPP 45.31 53.36 0.20 0.55

RPP 45.27 53.37 0.20 0.56

(5)

± 0.050299로 높은 선량값을 나타내었다. 또한 온보드이미 지촬영의 최대 2.64 cGy에 비해 콘빔전산화단층촬영의 최 대 17.18 cGy이 높은 선량값을 나타내었다. 치료선량값 대 비 자세확인촬영 방법별 선량값의 비율은 온보드이미지촬 영의 경우 Fig. 3와 같이 6MV에서 5 ㎜ 깊이에서 2.74%, 170 ㎜ 깊이에서 0.44%가 나왔으며, 10MV에서 5 ㎜ 깊이 에서 3.47%, 170 ㎜ 깊이에서 0.37%가 나왔다. 콘빔전산화 단층촬영의 경우 Fig. 4와 같이 6MV에서 5 ㎜ 깊이에서 17.9%, 170 ㎜ 깊이에서 1.21%가 나왔으며, 10MV에서 5 ㎜ 깊이에서 22.64%, 170 ㎜ 깊이에서 1.03%가 나왔다. 깊이 에 따른 비율값은 온보드이미지촬영의 경우 저에너지 광자 선에 비해 고에너지 광자선이 5 ㎜ 깊이에서 +0.73%, 10 ㎜ 깊이에서 +2.9%만큼 높았으며, 20 ㎜ 깊이에서는 –0.03%, 30 ㎜ 깊이에서는 –0.1%, 50 ㎜ 깊이에서는 –0.11%, 70 ㎜ 깊이에서는 –0.1%, 90 ㎜ 깊이에서는 –0.1%, 120 ㎜ 깊이에 서는 –0.09%, 170 ㎜ 깊이에서는 –0.07%만큼 낮았다. 콘빔

전산화단층촬영의 경우도 마찬가지로 고에너지 광자선이 5

㎜ 깊이에서 +4.74%, 10 ㎜ 깊이에서 +1.9%만큼 높았으 며, 20 ㎜ 깊이에서는 –0.16%, 30 ㎜ 깊이에서는 –0.63%, 50 ㎜ 깊이에서는 –0.62%, 70 ㎜ 깊이에서는 –0.57%, 90 ㎜ 깊이에서는 –0.59%, 120 ㎜ 깊이에서는 –0.43%, 170 ㎜ 깊 이에서는 –0.18%만큼 낮았다.

Ⅳ. 고 찰

방사선치료 시 의료용 방사선 이외에 추가조사를 실시하 는 것이 자세확인 촬영이다. 하지만 이러한 자세확인 촬영 역시 방사선으로 환자의 피폭선량에 포함이 되며, 방사선치 료선량에 영향을 주어 효과의 영향을 주게 된다. 자세확인 촬영에 의한 방사선량이 방사선치료선량이에 미치는 영향 을 평가하기 위해 6 MV 광자선과 10 MV 광자선에 대해 단 Fig. 3 R atio of OBI dose per therapeutic dose

Fig. 4 R atio of CBCT dose per therapeutic dose

(6)

순촬영기법과 콘빔전산화단층촬영기법을 실시하여 피폭선 량의 변화량을 광자극발광선량계를 이용하여 평가하였다.

자세확인 촬영의 방사선량에 관한 선행연구에서는 인체가 받는 유효선량 및 흡수선량의 절대값만을 평가하였지만 kV 단위의 X선이 미치는 영향은 크지 않았다. 하지만 자세확인 촬영에 의한 방사선 단독으로만 피폭되는 것이 아니라 치료 선량에 합산되는 것으로 치료선량 분포에 대한 변화를 판단 할 필요성이 있다. 즉, 국제방사선방호위원회 Publication 112에서 권고하고 있는 목적 외 방사선 피폭에 대한 선량적 측면 뿐만 아니라 미국의학물리협회 TG-142에서 권고하고 있는 치료선량 분포의 오차에 관한 기준을 적용한 비교가 필요한 것이다. 따라서 TG-142에서 권고하고 있는 선량분 포의 오차한계인 5%를 적용하여 치료선량 대비 치료선량과 자세확인촬영의 방사선량 합산값의 차이가 5%를 넘는지 확 인하게 되었다. 선량측정에 이용되는 광자극발광선량계의 특성 중 에너지 의존성의 경우 다른 검출기에 비해 비교적 높은 편이지만 ±2% 이내로 결과에 유의한 영향을 주지 않 을 것으로 판단하였다[19]. 그리고 선형가속기마다 선량분 포의 근소한 차이가 발생하므로 이를 보정할 필요성이 없 다. 따라서 저에너지와 고에너지의 선량변환은 실시하지 않 았다. 연구 결과에 따르면 온보드이미지촬영의 경우 6 MV 광자선에서 최소 0.42%에서 최대 2.76%의 선량증가가 발 생되며, 10 MV 광자선에서 최소 0.36 %에서 최대 3.49%의 선량증가가 발생하였다. 콘빔전산화단층촬영기법의 경우에 는 6 MV 광자선에서 최소 1.19%에서 최대 17.91 %의 선량 증가가 나타났으며, 10 MV 광자선의 경우에는 최소 1.01 % 에서 최대 22.65 %의 선량증가가 나타났다. 온보드이미지 촬영의 경우 TG-142에서 권고하고 있는 5% 이내의 차이를 보였으며, 콘빔전산화단층촬영의 경우 5%를 초과하는 경우 도 발생하였다. 따라서 온보드이미지촬영 및 콘빔전산화단 층촬영 시 TG-142에서 권고하고 있는 5% 이내의 차이를 유지하기 위해서 치료 1회당 허용 촬영횟수 기준을 제시할 필요성이 있다. 각 지점별 최대 차이값을 적용하여 허용 촬

영횟수을 고려한 기준은 식(1)부터 식(4)까지와 같다. 이때 6 MV 광자선 치료 시 온보드이미지촬영의 경우에는 식(1)과 같으며, 10 MV 광자선 치료의 경우에는 식(2)와 같다. 또한 6 MV 광자선 치료 시 온보드이미지촬영과 콘빔전산화단층 촬영기법을 복합적으로 적용할 경우에는 식(3)과 같으며, 10 MV 광자선 치료의 경우에는 식(4)와 같다.

Ⅴ. 결 론

자세확인 촬영에 의한 환자의 피폭선량은 확률적 영향에서 만 고려되어질 정도로 매우 적다. 하지만 본 연구에 따른 자세 확인 촬영에 의한 치료선량분포의 변화를 고려한다면 매우 의미있는 값을 나타내었다. 미국의학물리협회 TG-142에서 권고하고 있는 방사선치료 선량분포의 오차에 관한 기준인 5%를 적용한 결과 온보드이미지촬영의 경우 치료 1회당 최대 2회 이내로 촬영을 실시하여야 하며, 콘빔전산화단층촬영의 경우에는 치료 5회 당 최대 1회 이내로 촬영을 실시하여야 한다. 또한 온보드이미지촬영과 콘빔전산화단층촬영을 병행 할 경우에는 허용 횟수가 더욱 감수될 수 있으므로 본 연구에 서 제시간 관계식을 적용하여야 할 것이다. 하지만 이러한 기준은 자세확인촬영의 제한으로 인해 자세의 재현성이 저하 된다면 선량분포의 오차가 더욱 차이가 날 수 있으므로 촬영 주기와 자세의 오차정도를 비교하여 적용할 필요성이 있을 것으로 사료된다.

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(8)

Planning dose must be delivered accurately for radiation therapy. Also, It must be needed accurately setup. However, patient positioning images were need for accuracy setup. Then patient positioning images is followed by additional exposure to radiation. For 45 points in the phantom, we measured the doses for 6 MV and 10 MV photon beams, OBI(On Board Imager) and CBCT(Conebeam Computed Tomography) using OSLD(Optically Stimulated Luminescent Dosimeter). We compared the differences in the cases where posture confirmation imaging at each point was added to the treatment dose. Also, we tried to propose a photography cycle that satisfies the 5% recommended by AAPM(The American Association of Physicists in Medicine). As a result, a maximum of 98.6 cGy was obtained at a minimum of 45.27 cGy at the 6 MV, a maximum of 99.66 cGy at a minimum of 53.34 cGy at the 10 MV, a maximum of 2.64 cGy at the minimum of 0.19 cGy for the OBI and a maximum of 17.18 cGy at the minimum of 0.54 cGy for the CBCT.The ratio of the radiation dose to the treatment dose is 3.49% in the case of 2D imaging and the maximum is 22.65% in the case of 3D imaging. Therefore, tolerance of 2D image is 1 exposure per day, and 3D image is 1 exposure per week. And it is need to calculation of separate in the parallelism at additional study.

Key Words : Cone-Beam CT, On Board Image, Radiation Therapy, Dose Distribution, Positioning Check System